GIỚI
2.1 Itaipu, hệ thống truyền tải HVDC lớn nhất trên thế giới.
Cho đến nay hệ thống truyền tải điện HVDC Itaipu của Brazil là hệ thống truyền tải
điện một chiều ấn tượng nhất thế giới. Hệ thống có công suất chuyên tải lên tới 12.600MW và điện áp DC lên tới ± 600kV. Hệ thống bao gồm hai đường dây lưỡng cực mang tải công suất tổng cộng 12.600MW của nhà máy thủy điện Itaipu (tần số
Hình 1.2:Hệ thống truyền tải HVDC Itaipu-saopaolo
Việc truyên tải được bắt đầu trên lưỡng cực thứ nhất vào tháng 10 năm 1984, và trên lưỡng cực thứ hai vào tháng 7 năm 1987.
Hệ thống truyền tải HVDC được lựa chọn bởi 2 lý do chủ yếu như sau: - Truyền tải công suất từ máy phát tần số 50Hz vào hệ thống 60Hz - Tính kinh tế khi truyền tải điện năng qua một khoảng lớn.
Một số thông số kỹ thuật của hệ thống:
- Thời gian đi vào vận hành: 1984 – 1987. - Công suất truyền tải: 12.600MW
- Cấp điện áp một chiều: ± 600KV
- Chiều dài của đường dây trên không: 800km.
1.2.2 Hệ thống HVDC Leyte-Luzon, Philipine
Công ty năng lượng quốc gia Philipine đã xây dựng mộ hệ thống HVDC đơn cực công suất 440MW – điện áp DC 350kV, để truyền tải công suất từ nhà máy điện
địa nhiệt trên đảo Leyte tới phía Nam của đảo lớn Luzon để cung cấp cho lưới điện xoay chiều của khu vực Manila. Hệ thống vận hành vào tháng 8 năm 1998.
Kết nối HVDC đã cho thấy tính hợp lý đối với cả phụ tải công nghiệp và dân cư, không chỉ bởi lượng công suất bổ sung lớn mà còn hiệu quả cải thiện ổn định vốn có của liên kết HVDC trên lưới xoay chiều.
Hình 1.3:Hệ thống truyền tải HVDC Leyte-Luzon, Philipine Một số thông số kĩ thuật của hệ thống:
- Thời gian đi vào vận hành: 1998 - Công suất truyền tải: 440MW - Cấp điện áp một chiều: 350KV
- Chiều dài của đường dây trên không: 430km - Chiều dài đoạn cáp ngầm qua biển: 21km
1.2.3 Hệ thống HVDC Rihand – Delhi, India
Nhà máy nhiệt điện chạy than được xây dựng ở quận Sonebhadra của bang Uttar Pradesh có công suất 3.000MW. Một phần công suất của nhà máy (1.500MW)
được chuyên tải bởi được truyền tải bởi đường dây HVDC lưỡng cực Rihand-Delhi có cấp điện áp DC ± 500kV. Phần công suất còn lại được truyền tải bằng đường dây xoay chiều hai mạch 400kV.
Hình 1.4: Hệ thống truyền tải HVDC Rihand – Delhi, India
Mục đích chính của liên kết HVDC là truyền tải điện năng một cách hiệu quả và kinh tế nhất vùng phía Bắc, đáp ứng cấp bách nhu cầu về điện của khu vực này. Một số lí do chủ yếu dẫn đến việc lựa chọn liên kết HVDC thay cho liên kết xoay chiều 400kV là:
- Hiệu quả kinh tế cao
- Yêu cầu hành lang tuyến giảm đi một nửa - Tổn thất truyền tải thấp hơn. - Độổn định và khả năng điều khiển tốt hơn Một số thông số kỹ thuật của hệ thống: - Thời gian đi vào vận hành: 1990 - Công suất truyền tải: 1.500MW - Cấp điện áp một chiều: ± 500kV
- Chiều dài của đường dây trên không: 814km
1.2.4 Hệ thống liên kết HVDC “back to back” giữa Argentina và Brazil.
Một trạm biến đổi HVDC công suất 1100KW – điện áp DC 70kV được đặt ở
Garabi, Brazil gần biên giới với Argentina. Lưới điện Brazil có tần số 60Hz còn lưới điện của Argentina có tần số 50Hz. Liên kết hai chiều này vận hành vào đầu
năm 2000. Hệ thống truyền tải xuyên biên giới cho phép hai nước này sử dụng nguồn điện năng của mình hiệu quả và ổn định hơn.
Hình 1.5: Hệ thống liên kết HVDC “back to back” giữa Argentina và Brazil. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.3 ƯU-NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVDC VÀ ỨNG DỤNG DỤNG
1.3.1 Ưu điểm
Dưới đây là một số lợi ích chính của phương pháp truyền tải HVDC so với truyền tải điện xoay chiều truyền thống:
- Có thể truyền tải công suất trên một khoảng cách lớn mà không bị giảm khả năng tải như đường dây xoay chiều (công suất truyền tải giới hạn của đường dây xoay chiều là hàm của khoảng cách truyền tải và giảm mạnh khi khoảng cách truyền tải tăng lên).
- Điều khiển dòng năng lượng rất nhanh, do đó nâng cao độổn định, không chỉđối với các liên kết HVDC mà còn đối với hệ thống xoay chiều bao quanh.
- Hướng của dòng năng lượng có thể thay đổi trong thời gian ngắn
- Việc nối liên kết các hệ thống điện bằng đường dây tải điện một chiều sẽ làm hạn chế công suất ngắn mạch trong hệ thống điện liên kết.
- Hệ thống HVDC có thể truyền tải công suất lớn hơn đối với cùng một cỡ dây so với hệ thống xoay chiều.
- Cùng một công suất truyền tải thì cấp điện áp của đường dây HVDC thấp hơn
đường dây AC do đó yêu cầu cách điện cũng đơn giản hơn.
- Hành lang tuyến của đường dây truyền tải điện một chiều nhỏ hơn nhiều so với truyền tải điện xoay chiều với cùng công suất truyền tải. Tác động môi trường của truyền tải điện một chiều cũng ít hơn.
-
Hình 1.6 Cấu trúc đường dây truyền tải HVDC và AC – 500KV/2000MW
- Với bộ biến đổi sử dụng GTO (Gate turn off thyristor) hoặc IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) cho phép điều khiển dòng công suất tác dụng và phản kháng độc lập.
- Cho phép truyền tải điện năng giữa hai hệ thống xoay chiều có tần số khác nhau (liên kết qua lại giữa hai hệ thống xoay chiều khác tần số)
- Hiện nay công nghệ truyền tải điện một chiều khá phổ biến trên thế giới và có độ
tin cậy cao, đã được nghiên cứu và vận hành trên 30 năm.
1.3.2 Nhược điểm
- Giá thành của bộ biến đổi còn cao
- Bộ biến đổi có khả năng chụi quá tải không cao và rất nhậy cảm với nhiệt độ và
độẩm không khí.
- Phát xạ sóng hài vì vậy cần thực hiện các biện pháp triệt tiêu sóng hài do hoạt
động của bộ biến đổi sinh ra thành phần sóng hài bậc cao làm méo dạng dòng xoay chiều
- Không có khả năng sử dụng máy biến áp đểđiều chỉnh điện áp. - Rất phức tạp và tốn kém khi lấy công suất dọc đường dây - Rất phức tạp trong điều khiển
- Trong công nghiệp hệ thống HVDC tỏ ra cạnh tranh hơn HVAC nếu như
khoảng cách truyền tải là: ≥ 400km ÷ 700 km (với đường dây trên không) và trong khoảng 50 km (nếu là cáp ngần dưới đất hay dưới biển)
1.3.3 Một sốứng dụng phổ biến của hệ thống truyền tải HVDC.
- Truyền tải công suất qua một khoảng cách lớn trên đất liền và dưới nước. - Liên kết hai hệ thống xoay chiều khác tần số.
- Kết nối các máy phát điện bắng sức gió, nhà máy thủy điện vào hệ thống. - Nâng cao độổn định của hệ thống.
Đối với các ứng dụng nêu trên hệ thống HVDC tỏ ra là sự lựa chọn kinh tế và giảm nhiều các tắc hại xấu tới môi trường . Cùng với sự phát triển của kỹ thuật, nhu cầu liên kết các lưới điện khu vực, các nỗ lực bảo vệ môi trường đã khiến cho trong nhiều trường hợp hệ thống truyền tải HVDC là sự lựa chọn số 1. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU CAO ÁP (HVDC)
2.1 NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG HVDC.
Hình 2.1 Sơđồ nguyên lý của hệ thống truyền tải HVDC
Quá trình truyền tải điện năng giữa trạm truyền (Trạm Rectifier) tới trạm đến (Trạm inverter) là quá trình truyền tải điện năng giữa hai trạm biến đổi. Tại trạm biến đổi này điện áp xoay chiều được cho qua trạm biến áp để cung cấp một điện áp xoay chiều thích hợp cung cấp cho bộ biến đổi. Bộ biến đổi biến đổi điện xoay chiều thành một chiều và được truyền trên đường dây một chiều đến trạm biến đổi kia .
Điện áp và dòng một chiều được làm phẳng bằng cuộn san dòng và khử sóng hài bằng bộ lọc một chiều trên đường dây một chiều. Tại trạm biến đổi dòng điện và
điện áp một chiều từđường dây tải điện qua bộ biến đổi chuyển thành dòng và điện áp xoay chiều. Điện áp xoay chiều này được cho qua trạm biến áp để biến đổi thành
điện áp xoay chiều mong muốn.
Trong quá trình truyền tải điện năng giữa hai trạm nói trên vai trò của các mạch biến đổi tại hai trạm có thể thay đổi cho nhau dẫn đến sựđảo chiều của luồng công suất. Tại các trạm biến đổi, công suất phản kháng được cung cấp bởi các nguồn phản kháng.
2.2 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG HVDC.
Một hệ thống truyền tải HVDC bao gồm các thiết bị chính sau: - Trạm biến áp (Transformer)
- Bộ lọc xoay chiều (AC Filters ) - Bộ biến đổi ( Converter ) - Bộ lọc một chiều (DC Filters)
- Cuộn san dòng (Smoothing reactors) - Đường dây truyền tải một chiều (DC line) - Nguồn phản kháng (Reactive power source) - Hệ thống nối đất và đường trở lại
- Hệ thống bảo vệ và điều khiển (protection & control system)
Hinh 2.2: Cấu trúc hệ thống HVDC
2.2.1 Bộ biến đổi.
tạo thành một thiết bị biến đổi 12 xung. Tổng số van trong mỗi bộ là 12. Mỗi van
được sử dụng để chuyển mạch một đoạn sóng điện áp xoay chiều. Nguồn cấp cho bộ biến đổi là các máy biến áp được kết nối theo các tổđấu dây Y/Y và Y/∆.
Hình 2.3 cấu trúc bộ biến đổi 12 xung
Các van được làm mát bằng không khí, nước, dầu hay khí Freon. Việc làm mát bằng chất lỏng được sử dụng nước khử ion hóa là hiệu quả hơn cả và góp phần giảm tổn thất trong trạm. Khả năng tải của một nhóm van thông thường bị hạn chế bởi dòng ngắn mạch hơn là yêu cầu mang tải trong chế độ xác lập. Thiết kế van được dựa trên khái niệm module, mỗi module bao gồm một số lượng xác định các thyristor ghép nối tiếp nhau hoặc song song để đạt được điện áp và dòng làm việc theo yêu cầu . Ngày nay người ta đã chế tạo được các Thyristor có dòng định mức tới 4.000A và điện áp làm việc 8KV.
Thiết bị biến đổi đặt trong nhà có thểđược treo trên trần hoặc đặt trên cách điện với sàn nhà. Gần đây đã chế tạo được các bộ biến đổi lắp đặt ngoài trời .
Các tín hiệu điều khiển van được tạo ra trong bộđiều khiển và được truyền tới mỗi thyristor trong van thông qua một hệ thống dẫn hướng cáp quang. Tín hiệu quang nhận được tại thyristor sẽđược biến đổi thành tín hiệu điện sử dụng thiết bị khuyếch
đại cùng với máy biến áp xung. Đi kèm với các van là các thiết bị bảo vệ: quá áp, quá nhiệt…
Gần đây người ta còn sử dụng bộ biến đổi sử dụng van VSC (Voltage Source Converter - Bộ biến đổi nguồn áp) vào mục đích nâng cao độổn định của hệ thống,
đây là một ứng dụng rất quan trọng của bộ biến đổi nguồn áp VSC. Mỗi van đơn lẻ
trong cầu biến đổi được cấu thành từ một số các Tranzito có cực điều khiển cách ly IGBT (Insulated Gate Biporlar Tranzito). Các thiết bịđiều khiển và thiết bị làm lạnh có thể được đóng kín trong các Container tiêu chuẩn để thuận tiện cho vận chuyển và lắp đặt.
Hình 2.5 Bộ biến đổi gồm nhiều module thyristor gép lại với nhau
2.2.2 Trạm biến áp
Trạm biến áp bao gồm các máy biến áp chuyển đổi điện áp xoay chiều về cấp điện áp xoay chiều thích hợp cho bộ biến đổi của hệ thống truyền tải điện một chiều và chúng tham gia vào điện kháng chuyển mạch.
Máy biến áp có thể có các cấu hình khác nhau, thông thường là loại ba pha hay tổ
hợp ba máy biến áp một pha. Phía thứ cấp nối hình sao và tam giác và phía sơ cấp máy biến áp nối sao được liên kết song song. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.6 Trạm biến áp một chiều 800KV
Máy biến áp sử dụng cho bộ biến đổi có khe hở cách điện giữa cuộn dây và gông từ
lớn hơn máy biến áp thông thường, được thiết kế chịu điện áp một chiều và tổn hao dòng điện xoáy do từ thông chứa nhiều sóng hài làm nóng dầu máy biến áp và gây tiếng ồn. Khi vận hành các pha không làm việc đồng thời mà luân phiên theo sự làm việc các dương cực của bộ biến đổi, như vậy máy biến áp luôn làm việc trong trạn thái không đối xứng, nên phải chọn sơđồ nối dây sao cho đảm bảo được điều kiện từ hóa bình thường của các trụ lõi thép và giảm thiểu được sựđập mạch của điện áp và dòng điện chỉnh lưu. Điều áp dưới tải của MBA tác động khi điện áp mạch xoay chiều thay đổi, góp phần làm giảm công suất phản kháng cung cấp cho bộ biến đổi.
2.2.3 Các bộ lọc xoay chiều.
Ở phía xoay chiều của bộ biến đổi sóng hài được sinh ra, các sóng hài bậc 11, 13, 23, 25 … ngoài tắc hại như gây nhiễu tín hiệu thông tin còn gây tổn thất , méo dạng
điện áp, làm phát nóng thiết bị. .. Do đó các bộ lọc được lắp đặt nhằm mục đích hạn chế sóng hài tới mức độ chấp nhận của lưới điện. Bộ lọc có thể sử dụng các phần tử
thụ động L-C, trong tương lai các bộ lọc xoay chiều tích cực sẽ được áp dụng . Trong quá trình làm việc , bộ biến đổi tiêu thụ một lượng khá lớn công suất phản
kháng , lượng công suất phản kháng này được bù đắp một phần bởi nhóm bộ lọc và phần còn lại bởi nhóm tụđiện.
Hình 2.7 Bộ lọc xoay chiều 3 pha
2.2.4 Các bộ lọc một chiều
Ở phía một chiều bộ biến đổi sinh ra các sóng hài bậc 12, 24 … Các sóng hài như
vậy có thể tạo ra sự nhiễu loạn trong các hệ thống viễn thông . Do đó các bộ lọc một chiều được thiết kếđặc biệt được sử dụng nhằm mục đích giảm mức độ gây nhiễu. Thông thường các bộ lọc một chiều không cần thiết nếu sử dụng cáp để truyền tải. Nhưng trong trường hợp đường dây trên không thì việc lắp đặt bộ lọc một chiều là cần thiết. Thông thường các bộ lọc phía một chiều có giá thành thấp hơn bộ lọc phía xoay chiều.
2.2.5 Cuộn san dòng
Cuộn san dòng được mắc nối tiếp với mạch biến đổi. Chức năng chính của cuộn san dòng là:
- Giảm dòng điện sóng hài trên dường dây truyền tải một chiều.
- Giảm thiểu những rủi ro chuyển mạch do dòng một chiều, tăng quá giớ hạn thoáng qua tại các hệ thống xoay chiều và một chiều
Hình 2.9 Cuộn san dòng lõi không khí
2.2.6 Nguồn công suất phản kháng
Một bộ biến đổi HVDC luôn luôn cần phải có nguồn công suất phản kháng. Tại chế độ vận hành bình thường thì bộ biến đổi tiêu thu một lượng công suất phản kháng khoảng 50% công suất tác dụng được truyền. Giải pháp kinh tế nhất là mắc một hệ
thống tụ song song tại các đầu ra của các bộ biến đổi.
2.2.7 Đường dây truyền tải của hệ thống HVDC
Các đường dây truyền tải một chiều có nhiệm vụ truyền tải công suất từ phía chỉnh lưu tới phía nghịch lưu.
- Đối với việc truyền tải điện năng công suất lớn trên mặt đất thì phương tiện truyền tải phổ biến nhất là đường dây trên không. Đường dây trên này thông thường là lưỡng cực (hai đường dây với hai cực tính khác nhau). Cáp HVDC thông thường
được sử dụng khi đi ngần dưới biển. Những kiểu phổ biến nhất của cáp ngầm là loại cách điện rắn và loại cách điện dầu, trong đó loại đầu tiên là kinh tế hơn cả. Cách
điện của nó bao gồm nhiều băng giấy cách điện được thấm dầu nhớt có độđậm đặc cao. Không có sự hạn chế về độ dài đối với loại cáp này và độ sâu cho phép có thể
lên đến 1000m . Loại cáp mà được đổđầy dầu có độđậm đặc thấp và luôn làm việc